0 引言
随着国家对煤矿安全生产工作的日益重视，宏观管理举措效果逐渐显现，煤矿事故死亡人数逐年减少[1-2]。然而，中国煤矿工伤死亡人数仍远超世界同行平均水平。为实现中国煤矿安全生产形势的根本好转，煤矿企业有必要推行精细化管理[3-5]。
随着煤矿机械化和智能化水平的不断提高，综采工作面长度不断增加，大型机械设备多且空间受限，采场环境复杂，综采工作面作业时粉尘大，设备操作人员视线、听力受阻，面临诸多风险[6-9]。为提高综采工作面精细化管理水平[10-12]，根据综采工作面设备分布、生产工艺等特点，本文提出了一种综采工作面区域网格化分区方法，可实现工作面区域化的安全状态实时分析。
1 综采工作面区域网格化分区方法
本文定义综采工作面区域包括工作面走向区域，进风巷侧端头支架、设备列车及其超前10 m区域，回风巷侧端头支架及其超前10 m区域，如图1所示。
图1 综采工作面区域
Fig.1 Fully-mechanized coal mining face area
1.1 综采工作面区域静态网格化分区
根据空间区域及制定的作业循环图表，对综采工作面区域进行静态层面的网格化分区，如图2所示。在工作面走向方向上划分为5个区域：① 回风巷侧端头支架及其超前10 m区域，定义为回风端头区域；② 进风巷侧端头支架、设备列车及其超前10 m区域，定义为进风端头区域；③ 以作业循环图表中采煤机机头侧三角煤长度为依据，进风巷侧从采煤机机头向工作面中心一定范围所对应的支架区域，定义为头三角煤区域，区域范围与作业循环图表所标长度一致；④ 以作业循环图表中采煤机机尾侧三角煤长度为依据，回风巷侧从采煤机机尾向工作面中心一定范围所对应的支架区域，定义为尾三角煤区域，区域范围与作业循环图表所标长度一致；⑤ 工作面范围内其余支架覆盖区域，定义为中部采煤区域。
图2 综采工作面区域静态网格化分区
Fig.2 Static grid partition of fully-mechanized coal mining face area
以长约300 m的综采工作面为例，一般三角煤区域为50 m左右，按照上述静态网格化分区方法，中部采煤区域大约为200 m。当综采工作面处于检修状态时，按照静态网格化分区结果能够基本清晰地对不同区域进行安全监测和管理。然而，当综采工作面处于生产状态时，中部采煤区域约200 m的范围对于安全监测和管理来说显得过于粗放。因此有必要在综采工作面生产过程中，对中部采煤区域进行动态网格化分区。
1.2 中部采煤区域动态网格化分区
将生产过程中割煤、移架和推溜3个工序结合起来，在生产过程中进一步对中部采煤区域进行动态网格化分区，划分为割煤区域、移架区域、推溜区域和过渡区域，如图3所示。
中部采煤区域动态网格化分区具体方法：
(1) 根据当前采煤机所处位置，找出对应的支架编号，定义当前时刻采煤机所处位置对应的支架区域为割煤区域。
(2) 当综采工作面采用成组推溜，每组执行推溜的支架数量不少于5时，查询综采工作面实际操作流程，确定推溜工序滞后采煤机动态位置的支架数量，得到执行推溜工序的成组支架数量后，沿采煤机运动轨迹，定义当前成组执行推溜的支架所对应区域为推溜区域。
当综采工作面执行推溜的支架数量少于5时，若按上述方法划分推溜区域，不符合现场管理需求。因此将采煤机经过之后，执行推溜的首套支架所对应区域定义为当前时刻的推溜区域首端，推溜区域与采煤机速度相关，具体见表1。
图3 中部采煤区域动态网格化分区
Fig.3 Dynamic grid partition of central coal mining area
表1 推溜区域与采煤机速度对应关系
Table 1 Relationship between scraper conveyor pushing area and shearer speed
(3) 推溜区域和割煤区域之间的区域定义为移架区域。
(4) 中部采煤区域中除割煤区域、移架区域和推溜区域以外的区域，统称为过渡区域。
2 综采工作面区域网格化分区应用
按照综采工作面区域网格化分区方法，将某综采工作面细分成不同区域。本文选取网格化分区后的中部采煤区域、头三角煤区域和尾三角煤区域，分析不同区域矿压特征。
某综采工作面基本支架共128套，移架步距为0.865 m，头三角煤区域和尾三角煤区域各占采煤机机头、机尾处20套支架，中部采煤区域为剩余的88套支架。从3个区域分别选取3套支架来统计工作阻力，研究各区域的矿压变化规律。实测该综采工作面2017年2月生产过程中矿压数据，利用矿压数据分析技术及软件，对1个月内工作面整体矿压特征及3个区域矿压特征分别进行分析[13-15]，结果见表2。
表2 综采工作面网格化区域矿压特征
Table 2 Mine pressure characteristics of grid area of fully-mechanized coal mining face
从表2可看出，头三角煤区域、尾三角煤区域、中部采煤区域和工作面整体区域的矿压特征有所不同：工作面整体区域的顶板周期来压步距、顶板稳定步距接近尾三角煤区域；工作面整体区域的显著运动步距更接近中部采煤区域；不同区域支架动载系数存在较大区别，尾三角煤区域与中部采煤区域支架动载系数差异达33%。由此可知，相比工作面整体矿压特征分析，网格化分区后的矿压特征分析在空间范围上具有更强的针对性，有利于在工作面来压过程中，针对不同区域的支架采取更切合实际情况的现场管理方式。
3 结论
(1) 从综采工作面生产的精细化管理需求入手，提出了综采工作面区域网格化分区的思路。以空间区域及作业循环图表为依据，在静态层面将综采工作面区域划分为回风端头区域、头三角煤区域、中部采煤区域、尾三角煤区域和进风端头区域；结合生产过程中割煤、移架和推溜3个工序，进一步将中部采煤区域动态划分为割煤区域、移架区域、推溜区域和过渡区域。
(2) 以综采工作面矿压特征分析为例，说明了网格化分区后的矿压特征分析在空间范围上具有更强的针对性，综采工作面区域网格化分区有利于现场采取更符合实际情况的管理方案。
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